混合動(dòng)力巔峰對(duì)決 2016年勒芒賽車(chē)簡(jiǎn)析
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代表當(dāng)今混合動(dòng)力巔峰技術(shù)的車(chē)型是哪款?相信不少車(chē)迷朋友都會(huì)在保時(shí)捷918、邁凱輪P1、法拉利LaFerrari這三款神車(chē)當(dāng)中搖擺不定。它們是目前民用跑車(chē)當(dāng)中的最強(qiáng)者,也是很多人的終極夢(mèng)想。但是說(shuō)到混合動(dòng)力的巔峰,即使是神車(chē),在WEC三巨頭保時(shí)捷919Hybrid、奧迪R18e-tronquattro、豐田TS050面前,也要甘拜下風(fēng)。
什么是WEC?
WEC即World Endurance Championship,世界耐力錦標(biāo)賽。WEC是FIA(國(guó)際汽聯(lián))繼F1、WRC、WTCC之后推出的第四項(xiàng)世界級(jí)別賽事。和F1這種沖刺賽不同,WEC比的是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)行駛的距離,對(duì)賽車(chē)的可靠性有相當(dāng)高的要求。WEC2016賽季的比賽包括了8場(chǎng)6小時(shí)耐力賽和一場(chǎng)24小時(shí)耐力賽,其中這場(chǎng)24小時(shí)耐力賽就是著名的勒芒24小時(shí)耐力賽。
WEC分為L(zhǎng)MP1、LMP2、LMGTEPro、LMGTEAm四個(gè)組別,其中LMP1(Le Mans Prototype,原型車(chē)組)代表了該項(xiàng)賽事的最高水平。WEC的參賽車(chē)隊(duì)分為廠隊(duì)和私人車(chē)隊(duì),廠隊(duì)無(wú)疑又有著更高的水平。現(xiàn)在LMP1組別有4支廠隊(duì)參加,分別是奧迪、豐田、保時(shí)捷,以及日產(chǎn)。
奧迪是WEC賽事上最成功的車(chē)隊(duì)之一,13座勒芒24小時(shí)耐力賽冠軍獎(jiǎng)杯說(shuō)明了一切。豐田雖然沒(méi)有贏得過(guò)勒芒的冠軍,但在2014年拿到了WEC賽季車(chē)手和車(chē)隊(duì)雙料總冠軍。保時(shí)捷在勒芒曾有過(guò)輝煌的戰(zhàn)績(jī),在上世紀(jì)70~90年代拿下了16個(gè)冠軍,2014年保時(shí)捷廠隊(duì)回歸WECLMP1組,并在第二年就包攬了了勒芒24小時(shí)耐力賽冠軍、WEC賽季車(chē)手總冠軍、WEC賽季車(chē)隊(duì)總冠軍。日產(chǎn)在WEC上的歷史成績(jī)一般,2015年重返WEC的日產(chǎn)帶來(lái)了前驅(qū)的GT-RLM Nismo,不過(guò)這輛車(chē)暫時(shí)不具備競(jìng)爭(zhēng)力。
2016年的新趨勢(shì):小排量渦輪增壓、8MJ混動(dòng)系統(tǒng)、鋰電池
在2015年,保時(shí)捷車(chē)隊(duì)是最大的贏家。相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,保時(shí)捷的冠軍賽車(chē)919 Hybrid的特點(diǎn)是采用小排量渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)、8MJ的混動(dòng)系統(tǒng),以鋰電池作為儲(chǔ)能設(shè)備。而這些特點(diǎn)也被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手學(xué)習(xí),成為了2016年WECLMP1組賽車(chē)的新趨勢(shì)。
小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)
在2015年,豐田TS040的發(fā)動(dòng)機(jī)是一臺(tái)3.7LV8自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī),奧迪R18e-tron搭載的是一臺(tái)4.0LV6TDI渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。保時(shí)捷919 Hybrid的排量則只有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的一半,它搭載的是一臺(tái)2.0LV4雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。
以小博大的保時(shí)捷笑到了最后,它的理念也給了豐田啟發(fā)。在新車(chē)TS050上,豐田換用了一臺(tái)2.4LV6雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。
對(duì)此,豐田車(chē)隊(duì)的經(jīng)理Pascal Vasselon表示,豐田完全可以造出一臺(tái)即省油又有競(jìng)爭(zhēng)力的自然吸氣,但問(wèn)題是它的最優(yōu)區(qū)間很窄,當(dāng)環(huán)境(溫度和海拔等因素)發(fā)生變化時(shí),它就沒(méi)那么強(qiáng)勁了。渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)就要好很多,能夠在更廣泛的工作區(qū)間里獲得理想的動(dòng)力和燃效。所以把自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)換成小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的最大好處就是更大的工作區(qū)間。
新趨勢(shì):更強(qiáng)的混動(dòng)系統(tǒng)、鋰電池
8MJ混動(dòng)系統(tǒng)
LMP1組又分為L(zhǎng)MP1-H和LMP1-L兩個(gè)組,前者用的是混合動(dòng)力系統(tǒng),現(xiàn)在廠隊(duì)的賽車(chē)都屬于LMP1-H組。
混動(dòng)系統(tǒng)如何發(fā)揮作用?在入彎前,賽車(chē)減速回收能量,出彎時(shí),電機(jī)全力輸出,幫助賽車(chē)盡快提速。所以,在LMP1賽車(chē)的混動(dòng)系統(tǒng)中,電機(jī)都相當(dāng)強(qiáng)勁,比如在2016款919 Hybrid上,發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率為500Ps,電機(jī)的最大功率也達(dá)到了400Ps。電機(jī)功率這么大,當(dāng)然工作的時(shí)間越長(zhǎng)越好,這就需要回收的能量盡可能多。
LMP1-H的混動(dòng)系統(tǒng)又分為4個(gè)級(jí)別,分別是2MJ、4MJ、6MJ、8MJ,代表了每一圈所能回收的能量的上限,8MJ即8兆焦,相當(dāng)于2.2kWh。但是在919Hybrid面世之前,并沒(méi)有哪款車(chē)采用8MJ的混動(dòng)系統(tǒng)。
這是因?yàn)椋彰①惖酪蝗κ?3.629km,WEC其它站的賽道還要短一些。在這么短的距離內(nèi),要回收2.2kWh的能量,并不容易。而8MJ系統(tǒng)的體積和重量都會(huì)比4MJ、6MJ系統(tǒng)要大一些,如果回收不到足夠的能量,反而會(huì)令速度有所損失。
保時(shí)捷是如何做到的呢?除了常見(jiàn)的制動(dòng)能量回收裝置(MGU-K),還有一套渦輪能量回收裝置(MGU-H)。在一般車(chē)輛上,當(dāng)渦輪增壓器壓力過(guò)大時(shí),就會(huì)打開(kāi)旁通閥,這一部分氣體的能量就浪費(fèi)了。MGU-H是在渦輪軸上接上了一臺(tái)電機(jī),渦輪壓力過(guò)大時(shí),渦輪會(huì)帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電,在渦輪轉(zhuǎn)速不足時(shí),電機(jī)又可帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
MGU-H的加入讓能量回收的效率大幅提高,也讓8MJ混動(dòng)系統(tǒng)變得實(shí)用起來(lái)。豐田今年的新車(chē)TS050升級(jí)為了8MJ級(jí)別的混動(dòng)系統(tǒng),不過(guò)TS050并沒(méi)有搭載渦輪能量回收裝置(MGU-H),因?yàn)樨S田的設(shè)計(jì)是在前后軸各搭載1套制動(dòng)能量回收裝置(MGU-K),而賽會(huì)規(guī)定一臺(tái)車(chē)上最多能裝2套能量回收裝置。通過(guò)優(yōu)化效率,TS050也能夠在一圈之內(nèi)回收8MJ的能量。
儲(chǔ)能設(shè)備:鋰電池
在2016年,奧迪從4MJ升級(jí)到6MJ,豐田從6MJ升級(jí)到8MJ,都對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備提出了更高的要求。在此之前,奧迪采用的是飛輪電池,豐田采用的則是超級(jí)電容電池,而在新車(chē)上,它們不約而同地把儲(chǔ)能設(shè)備換為鋰離子電池。
飛輪電池不同于傳統(tǒng)的化學(xué)電池,它是一種物理電池。飛輪電池的基本構(gòu)成是電機(jī)和飛輪。在充電時(shí),在外電源的驅(qū)動(dòng)下,電機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn),飛輪以告訴旋轉(zhuǎn)的形式儲(chǔ)存能量;放電時(shí),電機(jī)則以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn),在飛輪的帶動(dòng)下對(duì)外輸出電能,完成機(jī)械能動(dòng)能到電能的轉(zhuǎn)換。
飛輪的轉(zhuǎn)速可以高達(dá)60000r/min,所以飛輪電池對(duì)材料和制造工藝要求很高。飛輪一般由碳纖維材料制造,配合磁懸浮軸承,在真空環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)。飛輪電池的能量密度大,能量轉(zhuǎn)換效率高。不過(guò),升級(jí)到6MJ系統(tǒng)后,飛輪電池在車(chē)內(nèi)狹小的空間內(nèi)不好布置,相信這是奧迪轉(zhuǎn)投鋰電池的一個(gè)主要原因。
超級(jí)電容電池同樣不屬于傳統(tǒng)的化學(xué)電池,是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特殊性能的電源。它的優(yōu)點(diǎn)是功率密度大,充放電都非常迅速,這一特點(diǎn)讓超級(jí)電容電池非常適合用在能量回收系統(tǒng)里。
但是,目前最好的超級(jí)電容的能量密度只有鋰離子電池30%左右,同樣的電量,超級(jí)電容電池的體積是鋰電池的三倍多。電池容量小的話(huà),問(wèn)題不大,當(dāng)時(shí)達(dá)到8MJ的級(jí)別之后,電池組的體積就會(huì)影響到車(chē)輛的整體布置了。所以,超級(jí)電容電池被豐田所拋棄也就不奇怪了。
飛輪電池和超級(jí)電容電池都有其優(yōu)點(diǎn),但它們的發(fā)展沒(méi)有鋰電池成熟。鋰電池作為目前在汽車(chē)動(dòng)力電池領(lǐng)域應(yīng)用最廣的一種電池,綜合性能還是值得肯定的。
編輯點(diǎn)評(píng):賽車(chē)技術(shù)雖然和普通消費(fèi)者關(guān)系不大,但賽車(chē)極大地推動(dòng)了各種技術(shù)的發(fā)展,從而讓民用車(chē)從中獲益。相信用不了多久,我們就能在市售車(chē)型上看到渦輪能量回收裝置和新一代的電池。
(審核編輯: 滄海一土)
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